掘进主机及掘进机的制作方法

1.本发明属于掘进机械领域，尤其涉及一种岩煤掘进主机及掘进机。


背景技术：

2.在矿山及地下工程中的巷道掘进作业中，现有技术的悬臂掘进机（包括纵轴式和横轴式）转动是以回转支承中心作圆周转动，在回转平台上加上上下摆动，运动轨迹属于水平和垂直两个圆周转动的叠加；目前现有的横轴连采机和掘锚一体机切割头只能在垂直方向上下摆动，然后截割部整体上在水平面上作圆周回转运动，即是水平和垂直两个旋转运动的叠加。
3.现有技术的悬臂掘进机运动形式叠加了水平与垂直两个方向的旋转运动，是两个圆周运动的叠加，存在以下缺陷：1、目前现有的悬臂掘进机（含纵轴式和横轴式）转动是以回转支承中心作圆周转动，其采掘的空间为圆弧形，当打钢带支护的时候会有较大的空顶距，对于支护紧贴岩壁的要求不利，而这部分径向空隙是由于其固有的弧形空间造成的，属于无效空间，极容易引起顶板事故；2、目前现有的横轴连采机和掘锚一体机切割头只能上下摆动，支撑部分截齿覆盖不到；且左右部分没有截齿，容易卡死在切割出矩形空间里面；切割的岩石硬度较小；为了克服上述现有技术的缺陷，本发明提供的掘进主机及掘进机，是水平直线运动与垂直圆周运动的叠加，既继承了悬臂掘进机灵活、横轴连采机和掘锚一体机高效率的优点，又克服了悬臂掘进机切割出无效空间的缺点，同时克服了横轴连采机和掘锚一体机切割岩石硬度低的缺点。本发明提供的掘进主机及掘进机，具有以下有益技术效果：(1)增加了施工现场的安全；(2)提高了机械效率；(3)增加了横轴破岩的灵活性；(4)提高了横轴破岩的能力。


技术实现要素：

4.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案。
5.一种掘进主机，包括悬臂工作机构、悬臂支撑机构、液压系统、电气系统；所述悬臂工作机构，包括开沟滚筒大臂及设置在其自由端末端的截割头、截割驱动装置；所述悬臂支撑机构，包括升降装置、回转装置、开沟机身俯仰摆动梁、机身，用于支撑及驱动悬臂工作机构实现垂直和水平方向运动；还包括一对开沟头架摆动梁，所述一对开沟头架摆动梁互相平行设置且其两端分别与开沟滚筒大臂固定端两侧端和开沟机身俯仰摆动梁两侧端铰接，前述开沟滚筒大臂、一对开沟头架摆动梁、开沟机身俯仰摆动梁构成平行四边形连杆机构；所述开沟机身俯仰摆动梁与机身铰接。
6.进一步的，如上所述的一种掘进主机，所述回转装置包括至少一个水平摆动油缸，
其两端分别与开沟头架摆动梁和开沟机身俯仰摆动梁铰接。
7.进一步的，为了更好的实现水平摆动的稳定性与可靠性，如上所述的一种掘进主机，所述回转装置包括一对或数对水平摆动油缸，每个水平摆动油缸的两端分别与开沟头架摆动梁和开沟机身俯仰摆动梁铰接，所述一对或数对水平摆动油缸左右方向两两相交，交叉纵列布置。
8.进一步的，作为更好的实现水平摆动的稳定性与可靠性的另一种实施方式，如上所述的一种掘进主机，还包括机架，所述机身固定在机架上，所述机架包括设置在开沟头架摆动梁两侧的支撑部；所述回转装置包括设置在开沟头架摆动梁外侧的至少一对水平摆动油缸，每个水平摆动油缸一端与相邻的开沟头架摆动梁铰接，另一端与机架的支撑部连接。
9.进一步的，作为更好的实现水平摆动的稳定性与可靠性的另一种实施方式，如上所述的一种掘进主机，还包括机架，所述机身固定在机架上；所述回转装置包括固定在机架上的水平摆动电机和与其传动连接的丝杠副，所述丝杠副的螺母固定连接开沟头架摆动梁。
10.进一步的，作为更好的实现水平摆动的稳定性与可靠性的另一种实施方式，如上所述的一种掘进主机，还包括机架，所述机身固定在机架上；所述回转装置包括固定在机架上的水平摆动电机以及与其传动连接的主动齿轮、齿条和从动齿轮，所述从动齿轮与开沟头架摆动梁传动连接。
11.进一步的，作为更好的实现垂直摆动的稳定性与可靠性的一种实施方式，如上所述的一种掘进主机，所述升降装置包括至少一个升降油缸，其一端与开沟滚筒大臂固定端铰接，另一端与机身连接。
12.进一步的，为了更好的实现水平摆动时的直线运动，如上所述的一种掘进主机，所述机身包括开沟机身下架、开沟机身上架，所述开沟机身下架可前后滑动的设置在底座上，驱动开沟机身下架滑动的底座油缸两端分别与底座和开沟机身下架连接；所述开沟机身上架固定设置在开沟机身下架上部，两者结合部或其中的任一本体上设有用于安装俯仰摆动轴a的轴孔，所述开沟机身俯仰摆动梁通过俯仰摆动轴a与机身铰接。
13.进一步的，为了更好的适用不同的岩煤地质条件，如上所述的一种掘进主机，所述截割头为横轴式滚筒、纵轴式挖头或钻机中的任意一种；当为横轴式滚筒时，在所述滚筒两端的两个圆形端面上设置截齿；还包括设置在靠近开沟滚筒大臂固定端的开沟头架，所述截割驱动装置设置在所述开沟头架内，所述截割驱动装置包括电机和减速机。
14.一种掘进机，包括掘进主机、装运机构和行走机构，所述掘进主机为上述掘进主机中的任意一种。
附图说明
15.上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
16.图1是本发明提供的掘进主机立体结构示意图。
17.图2是本发明提供的掘进主机侧视结构示意图。
18.图3是本发明提供的掘进主机俯视结构示意图。
19.图4是本发明提供的掘进主机后视结构示意图。
20.其中，附图标记对应的名称为：1 底座;2 开沟机身下架;3 开沟机身上架;4 开沟机身俯仰摆动梁;5 开沟头架升降油缸筒;6 开沟头架升降油缸杆;7 开沟头架;8 开沟采煤电机;9 开沟滚筒大臂;10 开沟滚筒中;11 开沟滚筒边;12 开沟头架摆动梁;13 升降油缸轴;14 底座油缸筒;15 底座油缸杆;16 底座油缸轴;17 俯仰摆动轴a;18 俯仰摆动轴b;19 水平摆动轴a;20 水平摆动轴b;21 水平摆动轴c;22 开沟头轴;23 水平摆动轴d;24 底座油缸前进轴;25 水平摆动油缸筒;26 水平摆动油缸杆；27 输煤通道。
实施方式
21.以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
22.本说明书的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的
明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
23.以下各个实施例仅是为了举例说明。各个实施例之间，可以进行组合，其不仅仅限于以下单个实施例展现的内容。
24.参见图1至图3，本发明提供的掘进主机，包括悬臂工作机构、悬臂支撑机构、液压系统、电气系统、机架；所述悬臂工作机构，包括开沟滚筒大臂9及设置在其自由端末端的截割头、驱动截割头的截割驱动装置；所述悬臂支撑机构，包括升降装置、回转装置、开沟机身俯仰摆动梁4、机身，悬臂支撑机构用于支撑及驱动悬臂工作机构实现垂直方向和水平方向运动，其中升降装置用于支撑及驱动悬臂工作机构实现垂直方向运动，回转装置用于支撑及驱动悬臂工作机构实现水平方向运动；还包括一对开沟头架摆动梁12，所述一对开沟头架摆动梁12互相平行设置且其两端分别与开沟滚筒大臂8的固定端两侧端部和开沟机身俯仰摆动梁4的两侧端部铰接，前述开沟滚筒大臂9、一对开沟头架摆动梁12、开沟机身俯仰摆动梁4构成平行四边形连杆机构；所述开沟机身俯仰摆动梁4与机身铰接。
25.所述回转装置包括水平摆动油缸筒25、水平摆动油缸杆26、水平摆动轴a 19、水平摆动轴b 20、水平摆动轴c 21、水平摆动轴d 23，与开沟头架摆动梁12一起共同用于支撑及驱动悬臂工作机构实现水平方向运动，带动截割头水平摆动。
26.所述升降装置包括俯仰摆动轴a 17、俯仰摆动轴b 18、开沟头架升降油缸筒5、升降油缸轴13、开沟头架升降油缸杆6，与开沟机身俯仰摆动梁4一起共同用于支撑及驱动悬臂工作机构实现垂直方向运动，带动截割头垂直摆动。
27.参见图1至图4，本发明提供的掘进主机，包括截割头、开沟滚筒大臂9、开沟头架7、开沟头架摆动梁12、水平摆动油缸筒25、水平摆动油缸杆26、水平摆动轴a 19、水平摆动轴b 20、水平摆动轴c 21、水平摆动轴d 23、开沟机身俯仰摆动梁4、俯仰摆动轴a 17、俯仰摆动轴b 18、开沟头架升降油缸筒5、升降油缸轴13、开沟头架升降油缸杆6、开沟机身上架3、开沟机身下架2、底座1、底座油缸筒14、底座油缸杆15、底座油缸轴16、底座油缸前进轴24，其中输煤通道27是底座1的一部分。
28.优选的，所述截割头可以为横轴式掘进工作方式的滚筒，所述滚筒包括开沟滚筒中10、开沟滚筒边11，开沟头架7内部有开沟采煤电机8及减速机构，通过开沟滚筒大臂9内部的传动机构将动力传递到开沟头轴22，开沟头轴22驱动滚筒转动。优选的，可以在滚筒两端的两个圆形端面上，即开沟滚筒边11外侧的圆形底面上安装截齿，用于提高沿滚筒轴线方向的破岩能力。当然，除了上述滚筒方式外，截割头可以采用其他横轴掘进方式或纵轴掘进方式的挖头、钻机等不同方式。
29.参见图1至图3，本发明提供的掘进主机，主要的轴有升降油缸轴13、底座油缸轴16、俯仰摆动轴a 17、俯仰摆动轴b 18、水平摆动轴a 19、水平摆动轴b 20、水平摆动轴c 21、开沟头轴22、水平摆动轴d 23、底座油缸前进轴24。
30.开沟滚筒中10、开沟滚筒边11通过开沟头轴22与开沟滚筒大臂9连接在一起；优选的，开沟滚筒大臂9分左右两条，固定于开沟头架7、开沟采煤电机8前侧，二者不具运动关系；开沟头架7内部设置有开沟采煤电机及8减速机构，通过开沟滚筒大臂9内部的传动机构将动力传递到开沟头轴22，并驱动开沟滚筒中10、开沟滚筒边11转动。
31.开沟头架7通过水平摆动轴c21与开沟头架摆动梁12相连；开沟头架摆动梁12通过
水平摆动轴d 23与开沟机身俯仰摆动梁4连接。
32.优选的，设置四组水平摆动油缸，其四个水平摆动油缸杆26一端通过水平摆动轴b 20分别与开沟头架摆动梁12相连，四个水平摆动油缸筒25一端通过水平摆动轴b 20分别与开沟机身俯仰摆动梁4相连；上述四组水平摆动油缸左右方向两两相交，形成交叉纵列布置。
33.优选的，设置两组水平摆动油缸，其两个水平摆动油缸杆26一端通过水平摆动轴b 20分别与开沟头架摆动梁12相连，两个水平摆动油缸筒25一端通过水平摆动轴b 20分别与开沟机身俯仰摆动梁4相连；上述两组水平摆动油缸左右方向两两相交，形成交叉纵列布置。
34.上述的水平摆动油缸包括水平摆动油缸筒25和水平摆动油缸杆26。
35.开沟机身俯仰摆动梁4一端通过水平摆动轴d 23与开沟头架摆动梁12相连，另一端通过俯仰摆动轴a 17与开沟机身上架3、开沟机身下架2相连；开沟机身俯仰摆动梁4通过水平摆动轴a 19与水平摆动油缸筒25相连，开沟机身俯仰摆动梁4下部通过俯仰摆动轴b 18与开沟头架升降油缸杆6相连，其中前侧方向的四组水平摆动油缸提供水平直线式摆动，后侧方向的开沟头架升降油缸提供垂直圆周摆动。
36.开沟机身上架3设置在开沟机身下架2上部，并且开沟机身上架3和开沟机身下架2紧密固定装配在一起，两者之间设置有轴孔用于安装俯仰摆动轴a 17。具体的，开沟机身上架3和开沟机身下架2是紧密固定装配关系，二者装配后中间结合部留有轴孔，该轴孔穿入俯仰摆动轴a 17，开沟机身俯仰摆动梁4与俯仰摆动轴a 17铰接，形成上下俯仰运动关系。当然前述轴孔也可以开设在开沟机身上架3本体上，或者开设在开沟机身下架2本体上。
37.开沟机身下架2以槽形接口连接于底座1，具备前后方向运动的自由度。
38.两个开沟头架升降油缸筒5一端通过升降油缸轴13连接开沟机身下架2，两个开沟头架升降油缸杆6通过俯仰摆动轴b 18连接于开沟机身俯仰摆动梁4下部，驱动开沟机身俯仰摆动梁4以俯仰摆动轴a 17为轴线做上下俯仰的不完整圆周运动。
39.上述的开沟头架升降油缸包括开沟头架升降油缸筒5和开沟头架升降油缸杆6。
40.参见图1至图4，本发明提供的掘进主机，水平布置的底座1上设置有驱动机身前后行走的底座油缸，进一步扩大采掘空间范围。底座油缸包括底座油缸筒14和底座油缸杆15，底座油缸筒14一端通过底座油缸轴16连接于底座1后部上，底座油缸杆15一端通过底座油缸前进轴24连接于开沟机身下架2，提供开沟机身下架2前后方向运动的动力，从而带动机身进而带动开沟滚筒大臂9和截割头在前后方向上运动。
41.参见图1至图3，本发明提供的掘进主机，当水平摆动工作时，四个水平摆动油缸两两交叉上下布置，一侧油缸推的时候另一侧油缸拉，由于开沟滚筒大臂9、一对开沟头架摆动梁12、开沟机身俯仰摆动梁4构成平行四边形连杆连接，在水平摆动油缸的驱动下产生平行四边形运动关系，该平行四边形连杆机构保证开沟滚筒始终处于水平状态，使得开沟滚筒左右摆动时都是沿轴线水平方向运动，因为没有转动圆心，所以完全避免了圆弧形运动轨迹，不会造成圆弧形的过度挖掘现象，避免出现空顶距。
42.本发明提供的掘进主机垂直摆动工作时，开沟头架升降油缸水平布置，操纵开沟机身俯仰摆动梁4及整个开沟滚筒大臂9、截割头及实现水平摆动的回转装置俯仰运动，水平摆动油缸与开沟头架升降油缸两组油缸一起动作，就是水平摆动和垂直摆动的叠加，有
效增大了作业空间体积。
43.实现机身前后行走的底座油缸可以推动到与开沟机身下架2齐平，这样在机构运动时不会影响到下部输煤通道27的运作。
44.本发明提供的掘进主机，驱动水平摆动的水平摆动油缸机构可以由油缸换成伸缩摆动连杆机构，即由可做伸缩加摆动两种复合运动的平行四边形连杆机构代替，动力由外部其他部件提供，主要的替代方案有以下四种：（1）将上述水平摆动油缸机构换成一端与开沟头架摆动梁12铰接另一端与固定的机架连接的外部油缸，一侧油缸推的时候另一侧油缸拉，推动开沟滚筒左右摆动；优选的，掘进主机设置机架，机身固定在机架上，机架包括设置在开沟头架摆动梁两侧且与开沟头架摆动梁基本水平的支撑部；设置在开沟头架摆动梁外侧的一对或数对水平摆动油缸，每个水平摆动油缸一端分别与相邻的开沟头架摆动梁铰接，另一端分别与上述机架的支撑部连接。
45.（2）将上述水平摆动油缸机构换成丝杆螺母传动机构，开沟头架摆动梁12上设置螺母，电机驱动丝杆转动，丝杠驱动螺母直线移动，开沟头架摆动梁12随之移动，进而带动开沟滚筒左右摆动；优选的，掘进主机设置机架，机身固定在机架上，还设置固定在机架上的水平摆动电机，所述水平摆动电机传动连接联轴器和丝杠，开沟头架摆动梁上固定连接螺母，所述丝杠与开沟头架摆动梁上设置的螺母构成丝杠副。
46.（3）将上述水平摆动油缸机构换成齿轮齿条传动机构，用齿轮传动代替油缸伸缩；优选的，掘进主机设置机架，机身固定在机架上，还设置固定在机架上的水平摆动电机，水平摆动电机、主动齿轮、齿条和从动齿轮依次传动连接，所述从动齿轮与开沟头架摆动梁传动连接。
47.（4）将上述水平摆动油缸机构换成电机驱动，电机驱动开沟头架摆动梁移动，进而带动开沟滚筒左右摆动。
48.另外，显然的，本发明提供的掘进主机中，水平摆动油缸可以等同替换成马达、气缸、电机等其他装置，只要能够驱动开沟滚筒大臂和截割头实现水平摆动即可；升降油缸可以等同替换成连杆或液压支撑缸方式，只要能够驱动开沟滚筒大臂和截割头实现垂直摆动即可。
49.本发明提供的一种掘进机，包括上述任意实施例中的一种掘进主机，还包括装运机构和行走机构。
50.本发明提供的掘进主机及掘进机，具有以下显著的技术进步：1、水平摆动部采用交叉布置的连杆式平行运动结构，截割部可沿采掘滚筒轴线水平运动，解决了弧形过挖问题和安全隐患；2、将水平摆动和上下俯仰运动和前后行走3个维度的运动结合叠加，采掘范围得到充分拓展；3、当截割头采用横轴式滚筒掘进方式时，滚筒两个圆形端面可以设置截齿，截齿的设置增加了沿滚筒轴线方向破岩的灵活性，3个维度运动可独立控制并叠加，操纵灵活性自由度大大增强；同时因为滚筒沿直线式轨迹运动，在掘进工作面不产生弧形轨迹，不会造成弧形过挖掘及安全隐患，极大地增加了施工现场的安全性；同时提高了机械效率，采掘空间得到扩展，提高了连续采掘量；4、开沟机身下架与底座之间设置输煤通道27。
51.需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体与另外几个实体区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体之间存在任何这种实际的
关系或者顺序。
52.以上对本发明所提供的一种掘进主机及掘进机进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围之内。

技术特征：
1.一种掘进主机，包括悬臂工作机构、悬臂支撑机构、液压系统、电气系统；所述悬臂工作机构，包括截割驱动装置、开沟滚筒大臂及设置在其自由端末端的截割头；所述悬臂支撑机构，包括升降装置、回转装置、开沟机身俯仰摆动梁、机身，用于支撑及驱动悬臂工作机构实现垂直和水平方向运动；其特征在于，还包括一对开沟头架摆动梁，所述一对开沟头架摆动梁互相平行设置且其两端分别与开沟滚筒大臂固定端两侧端和开沟机身俯仰摆动梁两侧端铰接，前述开沟滚筒大臂、一对开沟头架摆动梁、开沟机身俯仰摆动梁构成平行四边形连杆机构；所述开沟机身俯仰摆动梁与机身铰接。2.根据权利要求1所述的一种掘进主机，其特征在于，所述回转装置包括至少一个水平摆动油缸，其两端分别与开沟头架摆动梁和开沟机身俯仰摆动梁铰接。3.根据权利要求2所述的一种掘进主机，其特征在于，所述回转装置包括一对或数对水平摆动油缸，每个水平摆动油缸的两端分别与开沟头架摆动梁和开沟机身俯仰摆动梁铰接，所述一对或数对水平摆动油缸左右方向两两相交，交叉纵列布置。4.根据权利要求1所述的一种掘进主机，其特征在于，还包括机架，所述机身固定在机架上，所述机架包括设置在开沟头架摆动梁两侧的支撑部；所述回转装置包括设置在开沟头架摆动梁外侧的至少一对水平摆动油缸，每个水平摆动油缸一端与相邻的开沟头架摆动梁铰接，另一端与所述机架的支撑部连接。5.根据权利要求1所述的一种掘进主机，其特征在于，还包括机架，所述机身固定在机架上；所述回转装置包括固定在机架上的水平摆动电机和与其传动连接的丝杠副，所述丝杠副的螺母固定连接开沟头架摆动梁。6.根据权利要求1所述的一种掘进主机，其特征在于，还包括机架，所述机身固定在机架上；所述回转装置包括固定在机架上的水平摆动电机以及与其传动连接的主动齿轮、齿条和从动齿轮，所述从动齿轮与开沟头架摆动梁传动连接。7.根据权利要求1至6任一权利要求所述的一种掘进主机，其特征在于，所述升降装置包括至少一个升降油缸，其一端与开沟滚筒大臂固定端铰接，另一端与机身连接。8.根据权利要求1至6任一权利要求所述的一种掘进主机，其特征在于，所述机身包括开沟机身下架、开沟机身上架，所述开沟机身下架可前后滑动的设置在底座上，驱动开沟机身下架滑动的底座油缸两端分别与底座和开沟机身下架连接；所述开沟机身上架固定设置在开沟机身下架上部，两者结合部或任一本体上设有用于安装俯仰摆动轴a的轴孔，所述开沟机身俯仰摆动梁通过俯仰摆动轴a与机身铰接。9.根据权利要求8所述的一种掘进主机，其特征在于，
所述截割头为横轴式滚筒、纵轴式挖头或钻机中的任意一种；当为横轴式滚筒时，在该滚筒两端的两个圆形端面上设置截齿；还包括设置在靠近开沟滚筒大臂固定端的开沟头架，所述截割驱动装置设置在所述开沟头架内，所述截割驱动装置包括电机和减速机。10.一种掘进机，包括掘进主机、装运机构和行走机构，其特征在于，所述掘进主机为上述权利要求1至9任一权利要求所述的掘进主机。

技术总结
本发明提供的掘进主机及掘进机，属于掘进机械领域，包括悬臂工作机构、悬臂支撑机构、液压系统、电气系统；开沟滚筒大臂及设置在其自由端末端的截割头、截割驱动装置；升降装置、回转装置、开沟机身俯仰摆动梁、机身；一对开沟头架摆动梁，互相平行设置且其两端分别与开沟滚筒大臂固定端两侧端和开沟机身俯仰摆动梁两侧端铰接。开沟滚筒大臂、一对开沟头架摆动梁、开沟机身俯仰摆动梁构成平行四边形连杆机构。本发明掘进主机是水平直线运动与垂直圆周运动的叠加，既继承了悬臂掘进机灵活、横轴连采机和掘锚一体机高效率的优点，又克服了悬臂掘进机切割出无效空间的缺点，同时克服了横轴连采机和掘锚一体机切割岩石硬度低的缺点。采机和掘锚一体机切割岩石硬度低的缺点。采机和掘锚一体机切割岩石硬度低的缺点。


技术研发人员：刘兆亮 查俊杰 刘艺璇 谢川 马云天 周振龙 李加庆 牛和凤 王雪晴
受保护的技术使用者：山东星河工业科技有限公司
技术研发日：2023.09.01
技术公布日：2023/10/8